CN1680202A - 模造玻璃模仁及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种模造玻璃模仁，包括底材、中介层及保护膜，其中中介层位于该底材上，保护膜位于该中介层上，该保护膜具有一模造凹槽的模造面，其中该底材的材料为碳化钨、碳化硅、氮化硅或碳氮化硼，该中介层的材料可为非结晶碳氢材料、硅或非结晶碳氮材料。

Description

模造玻璃模仁及其制造方法
【技术领域】
本发明是关于一种模造玻璃装置，尤其是关于一种模造玻璃模仁及其制造方法。
【背景技术】
随着多媒体技术的发展，数码相机、摄影机越来越为广大消费者青睐，在人们对数码相机、摄影机追求小型化的同时，对其拍摄出物体的影像质量亦提出更高的要求，即希望拍摄物体的影像画面清晰，而物体的成像质量在很大程度上取决于数码相机内各光学组件的优劣。
非球面镜片即为数码相机中不可或缺的光学组件，现有的数码相机非球面镜片是通过模造法制成。由于模造玻璃需要在高温(大约600℃)及高压(10-30KN)下进行，所以模造法制备非球面镜片需要具备严格设计生产的模仁，该模仁一般需要具备以下特点：
1.良好化学稳定性以避免与玻璃产生反应；
2.足够的硬度及机械强度以避免表面刮伤；
3.高温稳定性以避免模造过程中发生分解；
4.耐热冲击性以忍受模造过程的高温冲压；
5.具有可加工性使其易用于加工成特定的光学表面；
6.模仁要具有一定的寿命以降低成本。
模造玻璃模仁至少包括单一材质，或底材与保护膜的组合结构，一般底材材质是不锈钢、碳化硅、碳化钨等，而保护膜的材质一般为类金刚石薄膜(Diamond Like Film，DLC)、贵金属镀膜或贵金属合金镀膜，贵金属镀膜如铱(Iridium，Ir)、铂(Platinum，Pt)、钌(Ruthenium，Ru)等，贵金属合金镀膜如铱-钌合金(Ir-Ru)、铱-铼合金(Ir-Re)等。类金刚石薄膜(DLC)很难达到令人满意的模仁寿命，而贵金属或贵金属合金都具有很强的化学稳定性、足够的硬度及耐高温性，但是由于贵金属保护膜与底材之间附着性较差，使得模仁使用寿命大大减少，间接提高了模造玻璃的成本。
有鉴于此，提供一种具有较长使用寿命、保护膜与底材结合紧密且模造温度较高的模造玻璃模仁实为必要。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种具有较长使用寿命、保护膜与底材结合紧密且模造温度较高的模造玻璃模仁。
本发明的另一目的在于提供一种制造上述模造玻璃模仁的方法。
一种模造玻璃模仁，其包括底材、中介层及保护膜，其特征在于：该中介层位于碳化钨底材的表面，该保护膜位于中介层的表面，且具有一模造凹槽的模造面，底材及中介层的材料如下表所示：
Figure A20041002685900051
一种模造玻璃模仁的制造方法，包括以下步骤：
提供一底材；
沉积一层中介层于底材表面；
在中介层表面沉积一层保护膜，即可得到模造玻璃模仁。
其中，该中介层是通过反应性直流溅射(DC Reactive Sputtering)、反应性交流溅射(AC Reactive Sputtering)、反应性射频溅射(RF Reactive Sputtering)或化学汽相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)沉积于底材表面。
相较现有技术，本发明的模造玻璃模仁具有较长使用寿命、保护膜与底材结合紧密且模造温度较高。
【附图说明】
图1是本发明模造玻璃模仁的结构示意图。
【具体实施方式】
结合参照图1所示，本发明的模造玻璃模仁包括底材1、中介层2及保护膜3，其中中介层2位于该底材1上，保护膜3位于该中介层2上，该保护膜3具有一模造凹槽的模造面31，该底材1的材料为碳化钨(WC)，该中介层的材料2为a-C:H材料，该保护膜3的材料为碳化硅(SiC)或铱-铂合金(Ir-Pt)。
制造该模造玻璃模仁的方法包括以下步骤：
提供一碳化钨底材1；
沉积一层a-C:H中介层2于底材1表面；
在中介层2表面沉积一层保护膜3。
其中中介层2的a-C:H材料是通过反应性直流溅射(DC ReactiveSputtering)、反应性交流溅射(AC Reactive Sputtering)或反应性射频溅射(RFReactive Sputtering)等方法中的一种溅镀于于底材1上。以氩气(Ar)与甲烷(CH4)或者氩气(Ar)与乙烷(C2H6)的混合气体作为溅射气源，在真空室内进行反应性溅射，控制溅射条件得到一层厚度为2nm-8nm的中介层2，该中介层的材料即为通过反应性溅射得到a-C:H。
保护膜3的材料为碳化硅时，以碳化硅为溅射靶材，以氩气与甲烷、氪气与甲烷、氩气与氢气或者氪气与氢气中的一种作为溅射气源，其中甲烷或者氢气在混合气体中的比例为5％-20％，射频电源的频率为13.56MHz，通过反应性射频溅射即可得到该保护膜3，该保护膜3的厚度应控制在20-100nm之间。
保护膜3的材料为铱-铂合金时，通过直流磁控溅射或射频溅射即可得到该保护膜3，同样该保护膜3的厚度应控制在20-100nm之间。
a-C:H材料作为模造玻璃模仁的中介层可提高底材与保护膜之间的粘附性，以a-C:H材料作为中介层的模造玻璃模仁可进行模造循环超过10000次，从而可显著提高模仁寿命。
本发明的另一实施例的模造玻璃模仁中，底材1的材料为碳化硅(SiC)，中介层2的材料为硅(Si)，保护膜3的材料为碳化硅(SiC)或铱-铂合金(Ir-Pt)。
制造该模造玻璃模仁的方法包括以下步骤：
提供一碳化硅底材1；
沉积一层硅中介层2于底材1表面；
在中介层2表面沉积一层保护膜3。
其中中介层2的硅材料是通过交流溅射(AC Sputtering)、射频溅射(RFSputtering)或化学汽相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)等方法中的一种沉积于底材1的表面，其中硅中介层2的厚度应控制为2-8nm。
保护膜3的材料为碳化硅时，以碳化硅为溅射靶材，以氩气、氪气、氩气与甲烷、氪气与甲烷、氩气与氢气或者氪气与氢气中的一种作为溅射气源，其中甲烷或者氢气在混合气体中的比例为5％-20％，射频电源的频率为13.56MHz，通过反应性射频溅射即可得到该保护膜3，该保护膜3的厚度应控制在20-100nm之间。
保护膜3的材料为铱-铂合金时，通过直流磁控溅射或射频溅射即可得到该保护膜3，同样该保护膜3的厚度应控制在20-100nm之间。
以碳化硅为底材，以硅为中介层可显著增强保护膜与底材的粘附性，从而提高模仁寿命。
本发明的第三实施例的模造玻璃模仁中，底材1的材料为氮化硅(Si3N4)，中介层2的材料为硅(Si)，保护膜3的材料为铱-铂合金或氮化硅。
制造该模造玻璃模仁的方法包括以下步骤：
提供一氮化硅底材1；
沉积一层硅中介层2于底材1表面；
在中介层2表面沉积一层保护膜3。
其中中介层2的硅材料是通过交流溅射(AC Sputtering)、射频溅射(RFSputtering)或化学汽相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)等方法中的一种沉积于底材1的表面，其中硅中介层2的厚度应控制为2-8nm。
保护膜3的材料为氮化硅时，以氮化硅为溅射靶材，以氩气与氮气为溅射气源，通过反应性直流溅射或反应性射频溅射可将氮化硅沉积于中介层2的表面，该保护膜3的厚度应控制在20-100nm之间。
保护膜3的材料为铱-铂合金时，通过直流磁控溅射或射频溅射即可得到该保护膜3，同样该保护膜3的厚度应控制在20-100nm之间。
以氮化硅为底材，以硅为中介层可显著增强保护膜与底材的粘附性，从而提高模仁寿命。
本发明的第四实施例的模造玻璃模仁中，底材1的材料为碳氮化硼(BNC)，中介层2的材料为非结晶C:N(amorphous C:N，以下简称为a-C:H)，保护膜3的材料为铱-铂合金或碳氮化硼。
制造该模造玻璃模仁的方法包括以下步骤：
提供一碳氮化硼底材1；
沉积一层a-C:N材料的中介层2于底材1表面；
在中介层2表面沉积一层保护膜3。
中介层2的a-C:N材料是通过反应性直流溅射、反应性交流溅射或反应性射频溅射等方法中的一种溅镀于于底材1上。以石墨为溅射靶材，以氩气与氮气为溅射气源，通过上述反应性溅射即可将a-C:N材料的中介层2溅镀于底材1表面。
保护膜3的材料为碳氮化硼时，以碳氮化硼为溅射靶材，以氩气与氮气为溅射气源，通过反应性直流溅射、反应性交流溅射或反应性射频溅射等方法中的一种将该保护膜3溅镀于中介层2的表面。
保护膜3的材料为铱-铂合金时，通过直流磁控溅射或射频溅射即可得到该保护膜3，同样该保护膜3的厚度应控制在20-100nm之间。
以a-C:N材料为中介层可提高碳氮化硼底材与保护膜之间的粘附性，从而提高模仁的寿命。

Claims (10)

1.一种模造玻璃模仁，其包括底材、中介层及保护膜，其特征在于：该中介层位于底材的表面，该保护膜位于中介层的表面，且该保护膜具有一模造凹槽的模造面，底材及中介层的材料如下表所示：
Figure A2004100268590002C1
2.如权利要求1所述的模造玻璃模仁，其特征在于：该中介层的厚度为2-8nm，该保护膜的厚度为20-100nm。
3.如权利要求1所述的模造玻璃模仁，其特征在于：该保护膜的材料为铱-铂合金，该铱-铂合金保护膜是通过直流磁控溅射或射频溅射制得。
4.一种如权利要求1所述模造玻璃模仁的制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
提供一底材；
沉积一层中介层于底材表面；
在中介层表面沉积一层保护膜；
其中底材及中介层的材料如下表所示：
Figure A2004100268590002C2
5.如权利要求4所述的模造玻璃模仁的制造方法，其特征在于：当底材及中介层的材料为组合1或组合2时，保护膜的材料为碳化硅，该碳化硅材料的保护膜是以碳化硅为溅射靶材，以氩气与甲烷、氪气与甲烷、氩气与氢气或者氪气与氢气中的一种作为溅射气源，通过反应性射频溅射制得，该反应性溅射是指反应性直流溅射(DC Reactive Sputtering)、反应性交流溅射(ACReactive Sputtering)或反应性射频溅射(RF Reactive Sputtering)，其中甲烷或者氢气在混合气体中的比例为5％-20％，射频电源的频率为13.56MHz。
6.如权利要求4所述的模造玻璃模仁的制造方法，其特征在于：当底材及中介层的材料为组合3时，保护膜的材料为氮化硅，该氮化硅保护膜是以氮化硅为溅射靶材，以氩气与氮气为溅射气源，通过反应性直流溅射或反应性射频溅射沉积于中介层的表面。
7.如权利要求4所述的模造玻璃模仁的制造方法，其特征在于：当底材及中介层的材料为组合4时，保护膜的材料为碳氮化硼，该碳氮化硼保护膜是以氩气与氮气为溅射气源，通过反应性直流溅射、反应性交流溅射或反应性射频溅射等方法中的一种沉积于中介层的表面。
8.如权利要求4所述的模造玻璃模仁的制造方法，其特征在于：非结晶碳氢材料的中介层是以氩气与甲烷或者氩气与乙烷的混合气体作为溅射气源，通过反应性溅射沉积于所述底材表面。
9.如权利要求4所述的模造玻璃模仁的制造方法，其特征在于：硅材料的中介层是通过交流溅射、射频溅射或化学汽相沉积等方法中的一种沉积于底材表面。
10.如权利要求4所述的模造玻璃模仁的制造方法，其特征在于：非结晶碳氮材料的中介层是以石墨为溅射靶材，以氩气与氮气为溅射气源，通过反应性溅射沉积于所述底材表面。
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